SPI

SPI Master

Funktion

Das SPI-Master-Modul bietet die Möglichkeit, mit bis zu 15 Slave-Einheiten zu kommunizieren. Die Parameter CPOL und CPHA können frei programmiert werden und es kann aus dem Takt am Eingang clk_spi per Vorteiler der Sendetakt eingestellt werden. Ist das SPI Enable-Bit gesetzt, wird durch das Schreiben des Senderegisters der Übertragungsvorgang ausgelöst. Nach dem Beenden der Übertragung kann das Modul ein Interruptsignal auslösen. Das Signal wird zurückgesetzt durch einen Zugriff auf eines der Datenregister. Das Bit Transmit-Empty im Statusregister wird auf 1 gesetzt, wenn das Datenwort im Senderegister gesendet wurde und wird zurückgesetzt durch einen Schreibzugriff auf das Senderegister. Wenn kein neues Wort in das Senderegister geschrieben wird, wartet das Modul auf Daten.

Register

Offset	Register	Funktion	Zugriff
0	SPI_CTRL	Steuerregister	read/write
1	SPI_DATO	Sendedaten	read/write
2	SPI_DATI	empfangene Daten	read
3	SPI_STAT	Statusregister	read

Das Steuerregister SPI_CTRL enthält alle zur Steuerung der Funktionen des SPI Masters nötigen Bits. Bei einem Reset werden alle Bits mit Null initialisiert bis auf den Vorteiler und die Bitanzahl. Der Vorteiler wird auf den Maximalwert 2⁷ gesetzt und die Bitanzahl auf 8. Auf das Register kann lesend und schreibend zugegriffen werden.
Das Datenregister SPI_DATO enthält die Sendedaten. Bei einem Reset werden alle Bits mit Null initialisiert. Auf das Register kann lesend und schreibend zugegriffen werden.
Das Datenregister SPI_DATI enthält die empfangenen Daten. Bei einem Reset werden alle Bits mit Null initialisiert. Auf das Register kann nur lesend zugegriffen werden.
Das Statusregister enthält alle Bereitschafts- und Besetzt-Signale. Auf das Register kann nur lesend zugegriffen werden.

SPI_CTRL	Maske Hex	Funktion	Reset
Bit 0:	0x00001	SPI enable: 0 = disable, 1 = enable	0
Bit 1:	0x00002	Int enable: 0 = disable, 1 = enable	0
Bit 2:	0x00004	cpol: cpol stellt den Idle-Pegel des Taktsignals ein	0
Bit 3:	0x00008	cpha: 0 = Flanke von activ zu idle, 1 = Flanke von idle zu activ	0
Bit 4 bis 7:	0x00010 - 0x000F0	Slave Adresse: 1 bis 15 ; 0 = deselect all Slaves	0
Bit 8 bis 12:		Bit Anzahl	01000
	0x00100	00001: 1 Bit
	0x00200	00010: 2 Bit
	0x00300	00011: 3 Bit
	0x00400	00100: 4 Bit
	0x00500	00101: 5 Bit
	0x00600	00110: 6 Bit
	0x00700	00111: 7 Bit
	0x00800	01000: 8 Bit
	0x00900	01001: 9 Bit
	0x00A00	01010: 10 Bit
	0x00B00	01011: 11 Bit
	0x00C00	01100: 12 Bit
	0x00D00	01101: 13 Bit
	0x00E00	01110: 14 Bit
	0x00F00	01111: 15 Bit
	0x01000	10000: 16 Bit
	0x01100	10001: 17 Bit
	0x01200	10010: 18 Bit
Bit 13 bis 15:		Vorteiler:	111
	0x00000	000: 2⁰
	0x02000	001: 2¹
	0x04000	010: 2²
	0x06000	011: 2³
	0x08000	100: 2⁴
	0x0A000	101: 2⁵
	0x0C000	110: 2⁶
	0x0E000	111: 2⁷
Bit 16	clk_mode	0=Normal 1=sclk immer aktiv (ltc1407)	0

SPI_STAT	Maske Hex	Funktion
Bit 0:	0x00001	transmit empty: 1 = Sendedatenpuffer leer
Bit 1:	0x00002	Interrupt Flag
Bit 2:	0x00004	Ist 1 wenn noch SPI_SS Signale eingeschaltet sind. Die SPI_SS Signale werden erst zurückgesetzt, wenn der letzte Datentransfer beendet ist.
Bit 3:	0x00008	Ist 0 wenn die SPI_SS Signale nicht aktuell sind und wird wieder 1 wenn die letzte Slave Adresse eingestellt ist.

Die Frequenz des SCLK Signals kann aus der Frequenz des Eingangssignals clk_spi und dem Wert des Vorteilers berechnet Werden.

SCLK = CLK_SPI / (4 * Vorteiler) = 50 MHz / (4 * 2⁰) = 12,50000000 MHz
SCLK = CLK_SPI / (4 * Vorteiler) = 50 MHz / (4 * 2²) = 3,12500000 MHz
SCLK = CLK_SPI / (4 * Vorteiler) = 50 MHz / (4 * 2⁷) = 0,09765625 MHz

Konfiguration und Instanziierung

Da bei einem System Takt größer gleich 60 MHz mit dem maximalen SPI-Vorteiler von 4*(2⁷) keine Frequenz kleiner gleich 100 kHz eingestellt werden können, hat der Master einen extra Eingang clk_spi für einen Takt aus dem das Signal SCLK gebildet wird. An diesem Eingang kann der Ausgang eines TIMER-Moduls oder USERCLK-Moduls angeschlossen werden. Damit sind dann auch Frequenzen kleiner 100 kHz einstellbar. Die Interruptleitung des Moduls muss an den gewünschten Eingang des Interruptkontrollers angeschlossen werden, die Output-Pins für MOSI, Slave-Select und SCLK an den Ausgang des Top Level Moduls sowie der Pin für MISO an den Eingang. Die Ports des Top Level Moduls müssen dann noch den Pins des FPGA im jConfig zugeordnet werden.

Beispielprogramme zur Arbeit mit SPI Slave Modulen:

Lesen des ID, schreiben mit *.mcs Datei und ... vom EEPROM m25p32 in C auf dem ml507 Board:
In diesem Beispiel wird der SpartanMC SPI-Master mit 25 MHz SPI-SCLK betrieben. Meim Senden von *.mcs Dateien muss im Minicom das Tool zum senden im ASCII Format auf einen Verzögerung von 2 ms am Zeilenende und 0 ms pro Zeichen eingestellt werden. Bei der alten Einstellung mit 2 ms am Zeilenende und 1 ms pro Zeichen dauert die Übertragung etwa 3 Stunden. Mit 0 ms pro Zeichen sind es nur etwa 15 Minuten.
Beschreibung zum m25p32 m25p32.pdf
C-Quelle des Test main.c
C-Quelle des Include m25p32.c
H-Quelle des Include m25p32.h
Assemblerliste des Test main.lst
Protokoll zum Test m25p32_prot.txt
Protokoll zum Test prot_m25p32_ml507.txt
BIT Datei für das ml507 Board mit dem Programm spartanmc.bit
MSK Datei für das ml507 Board mit dem Programm spartanmc.msk
SpartanMC Konfigurationsdatei für jConfig spi_sample.jc3
Bildschirmfoto 01 vom Minicom beim Vergleich mit Fehler
Bildschirmfoto 02 vom Minicom beim Vergleich mit Fehler
Bildschirmfoto 03 vom Minicom beim Vergleich mit Fehler und Anzeige des betroffenen Speicher
Bildschirmfoto 04 vom Minicom am Ende eines Programmierzyklus mit einer *.mcs Datei.
Bildschirmfoto 05 vom Minicom am Ende eines Programmierzyklus mit einer *.mcs Datei mit dem Fehlerstatus.
Bildschirmfoto 06 vom Minicom am Ende eines Vergleichs mit einer *.mcs Datei, die vorher programmiert wurde.
Bildschirmfoto 07 vom Minicom am Ende eines Vergleichs und Start der Anzeige aller belegten Seiten.
Bildschirmfoto 08 vom Minicom Ende der Anzeige aller belegten Seiten.

Einstellen von 4 Spannungen am DAC ltc2624 in C auf dem 3e Starter Kit Board:
Beschreibung zum ltc2624 ltc2624.pdf
C-Quelle des Test spi_ltc2624.c
Assemblerliste des Test spi_ltc2624.lst
Protokoll zum Test spi_ltc2624.txt
VSIM Bitverlauf der Datenübertragung VSIM1.png
VSIM mit der Periodendauer des SCK VSIM2.png
BIT Datei für das 3estk Board mit dem Programm spartanmc.bit
MSK Datei für das 3estk Board mit dem Programm spartanmc.msk
SpartanMC Konfigurationsdatei für jConfig spi_m_ltc2624.jc3

Funktionstest für den SpartanMC SPI-Slave in C auf dem 3e Starter Kit Board:
Beschreibung zum SpartanMC SPI spi.pdf
C-Quelle des Test spi_slave.c
Assemblerliste des Test spi_slave.lst
Protokoll zum Test prot_all_tests_1041khz.pdf
Protokoll zum Test prot_all_tests_3125khz.txt
BIT Datei für das 3estk Board mit dem Programm spartanmc.bit
MSK Datei für das 3estk Board mit dem Programm spartanmc.msk
SpartanMC Konfigurationsdatei für jConfig spi_ms.jc3

Funktionstest für den SpartanMC SPI-Slave in C auf dem sp601 Board:
Beschreibung zum SpartanMC SPI spi.pdf
C-Quelle des Test spi_slave.c
Assemblerliste des Test main.lst
Protokoll zum Test prot_all_tests_1667khz.pdf
Protokoll zum Test prot_spi_1666_6667mhz.txt
Protokoll zum Test prot_spi_5000mhz.txt
Protokoll zum Test prot_spi_5250mhz.txt (Bei der Synthese wurde ein Timing Error angezeigt!)
BIT Datei für das 3estk Board mit dem Programm spartanmc.bit
MSK Datei für das 3estk Board mit dem Programm spartanmc.msk
SpartanMC Konfigurationsdatei für jConfig spi_master_slave.jc3

Funktionstest für das Display OLED25664 in C auf dem SP601 Board:
Beschreibung zum SpartanMC SPI spi.pdf
Beschreibung zum Display NHD-3.12-25664UMB3.pdf
Beschreibung zum Display Kontroller SSD1322.pdf
C-Quelle des Test main.c
C-Include oled_25664.c
H-Include oled_25664.h
H-Include ascii57.h
C-Include spi_local.c
H-Include spi_local.h
Foto vom Test IMG_1242.JPG
Foto vom Test IMG_1241.JPG
BIT Datei für das SP601 Board mit dem Programm spartanmc.bit
MSK Datei für das SP601 Board mit dem Programm spartanmc.msk
SpartanMC Konfigurationsdatei für jConfig sp601_spi_oled25664.jc3

C-Quellen der SPI-Include Funktionen:

	Programm		Beschreibung
*	spi_readwrite.c	-	spi_master_readwrite - Senden von Daten an den Slave und warten bis der Master wieder bereit ist und dann die Rx Daten zurückgeben spi_slave_readwrite    - Senden von Daten an den Master und warten bis der Slave wieder bereit ist und dann die Rx Daten zurückgeben
*	spi_write.c	-	spi_master_write - warten bis der Master wieder bereit ist und dann Daten senden spi_slave_write    - warten bis dammy Byte empfangen wurde, Byte senden und warten bis der Slave wieder bereit ist
*	spi_read.c	-	spi_master_read - dummy Byte 0x55 senden und warten bis der Master wieder bereit ist und dann Daten lesen spi_slave_read    - warten bis ein Byte empfangen wurde und dann empfangenes Byte zur Kontrolle zurueck senden
*	spi_enable.c	-	spi_master_enable - SpartanMC SPI-Master-Device einschalten spi_slave_enable    - SpartanMC SPI-Slave-Device einschalten
*	spi_disable.c	-	spi_master_disable - SpartanMC SPI-Master-Device ausschalten spi_slave_disable    - SpartanMC SPI-Slave-Device ausschalten
*	spi_enable_irq.c	-	spi_master_enable_irq - Interrupt eines SpartanMC Master SPI-Device freigeben spi_slave_enable_irq    - Interrupt eines SpartanMC Slave SPI-Device freigeben
*	spi_disable_irq.c	-	spi_master_disable_irq - Interrupt eines SpartanMC Master SPI-Device sperren spi_slave_disable_irq    - Interrupt eines SpartanMC Slave SPI-Device sperren
*	spi_set_cpol.c	-	spi_master_set_cpol - Polarität des SPI Takt vom Master setzen (0 = Ruhezustand des Takt / 1 = Ruhezustand des Takt) spi_slave_set_cpol    - Polarität des SPI Takt vom Slave setzen (0 = Ruhezustand des Takt / 1 = Ruhezustand des Takt)
*	spi_set_cpah.c	-	spi_master_set_cpah - Phasenlage des SPI Takt vom Master setzen (0 = Datenübernahme mit der 1. Flanke / 1 = Datenübernahme mit der 2. Flanke) spi_slave_set_cpah    - Phasenlage des SPI Takt vom Slave setzen (0 = Datenübernahme mit der 1. Flanke / 1 = Datenübernahme mit der 2. Flanke)
*	spi_set_bitcnt.c	-	spi_master_set_bitcnt - Anzahl der Bits des Datenworts vom Master einstellen (1 bis 18). Rückgabe -1, wenn < 1 oder > 18. spi_slave_set_bitcnt    - Anzahl der Bits des Datenworts vom Slave einstellen (1 bis 18). Rückgabe -1, wenn < 1 oder > 18.
*	spi_master_set_div.c	-	Vorteiler für den SPI Takt setzen (20 bis 27)
*	spi_master_activate.c	-	Aktivieren eines Slave und warten bis das SS-Signal eingeschaltet ist (es können nacheinander mehrere Slave aktiviert werden). Es wird eine 0 zurückgegeben, wenn die Funktion erfolgreich war. Ist der Master nicht freigegeben, oder die Nummer des Slave ist kleiner 1 oder größer 15 wird eine 1 zurückgegeben
*	spi_master_deactivate.c	-	alle Slave Module deaktivieren und warten bis die SS-Signale ausgeschaltet sind.

1. #include <spi.h>

... muss in der C-Quelle geladen werden, wenn man die Funktionen verwenden will.

2. #include <periperals/spi_master.h>

... wird immer automatisch vom SpartanMC System geladen. Der Include muss nicht in der C-Quelle erfolgen.

2. #include <periperals/spi_common.h>

... wird immer automatisch vom SpartanMC System geladen. Der Include muss nicht in der C-Quelle erfolgen.

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